WO2010113655A1 - 舶用エンジン制御システム - Google Patents

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WO2010113655A1
WO2010113655A1 PCT/JP2010/054639 JP2010054639W WO2010113655A1 WO 2010113655 A1 WO2010113655 A1 WO 2010113655A1 JP 2010054639 W JP2010054639 W JP 2010054639W WO 2010113655 A1 WO2010113655 A1 WO 2010113655A1
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torque
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宮田淳也
稲見昭一
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三井造船株式会社
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    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1012—Engine speed gradient

Definitions

  • the present invention relates to a marine engine control system, and more particularly to a marine engine governor control.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to more quickly estimate the influence of disturbance on the propeller and to modify the governor control based on this to improve fuel efficiency.
  • a marine engine control system is a marine engine control system that performs PID control of a fuel injection amount with an input of a rotation speed of a main shaft or a main engine, and is estimated with load torque estimation means that estimates a load torque of a propeller. And a means for correcting the output from the PID control based on the load torque.
  • the load torque estimating means includes, for example, a main engine torque model for estimating the torque of the main engine and an inverse model of the main shaft torque for estimating the torque of the main shaft.
  • the load torque estimation means estimates the load torque using, for example, observer estimation.
  • the influence of disturbance on the propeller can be estimated more quickly, and based on this, the governor control can be modified to improve fuel efficiency.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structure of the marine engine control system which is one Embodiment of this invention. It is the block diagram which showed the detail of the load torque estimation part while modeling a control object. It is a block diagram of the modification of embodiment shown in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an entire marine engine control system according to an embodiment of the present invention.
  • the marine engine control system 10 of the present embodiment uses a hull 11, a main engine 12, a main shaft 13, a propeller 14 and the like as a control object S, and fuel is supplied to the main engine 12 from a fuel injection device (actuator) 15 of the control device C.
  • the main shaft 13 connecting the main machine 12 and the propeller 14 is provided with a conventionally known rotation speed (angular speed) sensor (not shown) for detecting the actual rotation speed N E (or angular speed ⁇ E ) of the main shaft 13 or the main machine 12.
  • Control system 10 which performs PID control spindle speed (or engine speed) as the rotation speed command (target value), the actual rotational speed N E detected in the main shaft 13 is fed back to the input side . That is, the PID operator 16 deviation between the rotation speed command and the actual rotation speed N E is input.
  • the output from the PID calculation unit 16 is output to the fuel injection device 15 as a governor command, and the fuel supply amount to the main engine 12 is adjusted.
  • control system 10 of the present embodiment includes a load torque estimation unit 17 and a calculation unit 18.
  • load torque estimating unit 17 the load torque Q P of the propeller 14 on the basis of the governor command inputted to the actual rotational speed N E and the fuel injection device 15 is estimated.
  • correction signal governor command corresponding to the estimated load torque Q P is calculated and fed forward to the output side of the PID computing unit 16.
  • FIG. 2 is a block diagram that models the control target S and more specifically shows the contents of the load torque estimation unit 17 of the present embodiment.
  • the load torque estimation principle and the load torque feedforward control will be described with reference to FIG.
  • the load torque estimating unit 17 includes a main engine torque model 20 and a shaft inverse model 21.
  • the value of the main torque Q E is estimated from values of the governor command and the actual rotation speed N E (Q E ').
  • the value of the shaft torque Q S is estimated from the differential of the actual rotational speed N E (Q S ').
  • Estimate Q P of the load torque Q P ' is, Q E' obtained by -Q S ', correction signals corresponding to the load torque Q P in the arithmetic unit 18 is generated. The correction signal is added to the governor command output from the PID calculation unit 16.
  • more appropriate governor control corresponding to waves can be performed by applying feedforward control to the governor command subjected to PID control based on the estimated load torque of the propeller. This makes it possible to improve fuel efficiency without causing hunting or the like.
  • the estimation of the load torque Q P was used mainly torque model 20 and Jikugyaku model 21, in the modification, the observer 22 is used as a control target of the numerical model. That is, for example, values such as the governor command, the actual rotational speed N E , and the ship speed V S are input to the observer 22 and the simulation of the observation target is executed in real time.
  • Estimate Q P ' is obtained for the load torque Q P in the simulation of the observer 22, correction signal of the governor command is outputted to the arithmetic unit 18 is generated.

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Abstract

　回転数指令と実測された主軸１３または主機１２の回転数ＮＥの偏差をＰＩＤ演算部１６に入力して燃料噴射装置１５から主機１２へ供給される燃料の量をフィードバック制御する。プロペラ１４に掛かる負荷トルクＱＰを負荷トルク推定部１７において推定する。推定された負荷トルクＱＰに基づいてＰＩＤ演算部１６から燃料噴射装置１５に出力されるガバナ指令に修正を加える。

Description

舶用エンジン制御システム
　本発明は、舶用エンジンの制御システムに関し、特に舶用エンジンのガバナ制御に関する。
　舶用エンジンの制御では、設定された目標回転数と実回転数の差がなくなるようにＰＩＤ制御が行われる。しかし、荒天時などには、プロペラによる負荷トルクが急激に変化するため通常の天候の下での航行を想定したゲインによるＰＩＤ制御では、十分な応答性能が得られずオーバースピードによる機関の故障を招く恐れがある。このような問題に対しては、外乱によるプロペラ回転数の変動を予測してＰＩＤ制御のゲインを変更する構成が提案されている（特許文献１）。
特開平８－２００１３１号公報
　しかし、特許文献１のようにＰＩＤゲインを変更する構成では、ハンチングを起こし易くなったり燃費が悪化したりする。近年では、特に燃費向上が強く求められているため特許文献１の構成では十分ではなく、プロペラへの外乱に対してより高い応答性を備えたガバナ制御が求められている。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、プロペラへの外乱の影響をより迅速に推定し、これに基づきガバナ制御に修正を加え燃費の向上を図ることを課題としている。
　本発明の舶用エンジン制御システムは、主軸または主機の回転数を入力として燃料噴射量のＰＩＤ制御を行う舶用エンジン制御システムであって、プロペラの負荷トルクの推定を行う負荷トルク推定手段と、推定された前記負荷トルクに基づいて、前記ＰＩＤ制御からの出力に修正を加える手段とを備えることを特徴としている。
　負荷トルク推定手段は、例えば主機のトルクを推定する主機トルクモデルと、主軸のトルクを推定する主軸トルクの逆モデルとを備える。また、負荷トルク推定手段は、例えばオブザーバ推定を用いて負荷トルクを推定する。
　本発明によれば、プロペラへの外乱の影響をより迅速に推定し、これに基づきガバナ制御に修正を加え燃費の向上を図ることができる。
本発明の一実施形態である舶用エンジン制御システムの構成を示すブロック線図である。 制御対象をモデル化するとともに負荷トルク推定部の詳細を示したブロック線図である。 図２に示した実施形態の変形例のブロック線図である。
　１０　舶用エンジン制御システム
　１１　船体
　１２　主機
　１３　主軸
　１４　プロペラ
　１５　ガバナ
　１６　ＰＩＤ演算部
　１７　負荷トルク推定部
　１８　演算部
　２０　主機トルクモデル
　２１　軸逆モデル
　２２　オブザーバ
　Ｃ　制御装置
　Ｓ　制御対象
　以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態である舶用エンジン制御システム全体の構成を示すブロック線図である。
　本実施形態の舶用エンジン制御システム１０は、船体１１、主機１２、主軸１３、プロペラ１４などを制御対象Ｓとし、主機１２には、制御装置Ｃの燃料噴射装置（アクチュエータ）１５から燃料が供給される。主機１２とプロペラ１４を連結する主軸１３には、主軸１３または主機１２の実回転数ＮＥ（または角速度ωＥ）を検出する従来周知の回転数（角速度）センサ（不図示）が設けられる。
　制御システム１０は、主軸回転数（あるいはエンジン回転数）を回転数指令（目標値）としてＰＩＤ制御を行うもので、主軸１３において検出された実回転数ＮＥは、入力側へとフィードバックされる。すなわち、ＰＩＤ演算部１６には回転数指令と実回転数ＮＥの間の偏差が入力される。ＰＩＤ演算部１６からの出力は、ガバナ指令として燃料噴射装置１５へ出力され、主機１２への燃料供給量が調整される。
　また、本実施形態の制御システム１０は、負荷トルク推定部１７と演算部１８を備える。負荷トルク推定部１７では、実回転数ＮＥと燃料噴射装置１５に入力されるガバナ指令とに基づきプロペラ１４の負荷トルクＱＰが推定される。演算部１８では、推定された負荷トルクＱＰに対応するガバナ指令の修正信号が算出され、ＰＩＤ演算部１６の出力側へとフィードフォワードされる。
　すなわち、本実施形態では、負荷トルクＱＰが主軸回転数ＮＥ（角速度ωＥ）の時間微分に比例することから、推定された負荷トルクＱＰから回転数の変動を予測し、ＰＩＤ演算部１６から出力されるガバナ指令に修正を加えている。これにより波浪による外乱が主軸回転数ＮＥに大きく影響する前にガバナ出力に修正を加え、外乱による影響を低減している。
　図２は制御対象Ｓをモデル化するとともに、本実施形態の負荷トルク推定部１７の内容をより具体的に示したブロック線図である。図２を参照して、負荷トルクの推定原理と、負荷トルクのフィードフォワード制御について説明する。
　図２に示されるように、プロペラ周りの流体のプロペラへの流入速度（プロペラ流入速度）は、船速と波浪による流速とを加え合わせたもので、負荷トルクＱＰは、プロペラ流入速度とプロペラ回転数（主軸回転数ＮＥ）を入力としてプロペラのトルク特性に基づいて決定される。また、主軸１３に掛かる軸トルクＱＳは、主機１２による主機トルクＱＥから負荷トルクＱＰを差し引いたＱＳ＝ＱＥ－ＱＰに対応する。したがって、軸トルクＱＳと主機トルクＱＥを推定すれば負荷トルクＱＰが算出される。
　本実施形態では、負荷トルク推定部１７は、主機トルクモデル２０と軸逆モデル２１から構成される。主機トルクモデル２０では、ガバナ指令の値と実回転数ＮＥの値から主機トルクＱＥの値が推定される（ＱＥ’）。軸逆モデル２１では、実回転数ＮＥの微分から軸トルクＱＳの値が推定される（ＱＳ’）。負荷トルクＱＰの推定値ＱＰ’は、ＱＥ’－ＱＳ’によって得られ、演算部１８において負荷トルクＱＰに対応した修正信号が生成される。修正信号は、ＰＩＤ演算部１６から出力されたガバナ指令に付加される。
　以上のように、本実施形態のよれば、ＰＩＤ制御されるガバナ指令に、推定されたプロペラの負荷トルクに基づきフィードフォワード制御を施すことにより、波浪（外乱）に対応したより適切なガバナ制御が可能となり、ハンチング等を起こすことなく、燃費の向上を図ることが可能となる。
　次に図３を参照して、本実施形態の変形例について説明する。上記実施形態では、負荷トルクＱＰの推定に、主機トルクモデル２０と軸逆モデル２１を用いたが、変形例では、制御対象の数値モデルであるオブザーバ２２が用いられる。すなわち、オブザーバ２２には、例えばガバナ指令、実回転数ＮＥ、船速ＶＳなどの値が入力されて観測対象のシミュレーションがリアルタイムで実行される。オブザーバ２２のシミュレーションにおいて負荷トルクＱＰの推定値ＱＰ’が求められ、演算部１８へと出力されガバナ指令の修正信号が生成される。
　以上の構成により、変形例においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

Claims (3)

  1. 　主軸または主機の回転数を入力として燃料噴射量のＰＩＤ制御を行う舶用エンジン制御システムであって、プロペラの負荷トルクの推定を行う負荷トルク推定手段と、推定された前記負荷トルクに基づいて、前記ＰＩＤ制御からの出力に修正を加える手段を備えることを特徴とする舶用エンジン制御システム。
  2. 　前記負荷トルク推定手段が、主機のトルクを推定する主機トルクモデルと、主軸のトルクを推定する主軸トルクの逆モデルとを備えることを特徴とする請求項１に記載の舶用エンジン制御システム。
  3. 　前記負荷トルク推定手段が、オブザーバ推定を用いて前記負荷トルクを推定することを特徴とする請求項１に記載の舶用エンジン制御システム。
     
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